본 연구는 들깨의 기내배양에서 식물체 재분화에 영향을 미치는 최적 배지와 식물생장조절물질의 종류 및 농도의 최적조건의 구명을 위하여 수행하였다. 재분화에 요구되어지는 생장조절물질은 다른 종 및 수집장소, 혹은 인근지역에 분포하고 있는 수집종들 사이에서도 서로 차이가 나는 결과를 얻을 수 있었으며 들깨의 식물체 형성에 있어서 각 계통 간 기내배양에서의 TDZ와 BAP의 처리에 따른 재분화율은 Kocf (한국산 들깨 재배형)의 경우에서는 $1.0\;mg/{\ell}$의 BAP와 TDZ을 처리한 경우 양호한 신초형성수를 나타내었으나 Kowf (한국산 들깨 잡초형)은 저농도의 ($0.1\;mg/{\ell}$) BAP와 TDZ을 첨가한 경우 양호한 신초형성수를 나타내었다. 차조기 의 경우에서는 BAP를 첨가할 경우 고농도에서 신초형성수가 우수한 반면 TDZ을 첨가할 경우에는 저농도로 첨가하는 것이 양호한 신초형성수를 나타내었다. 조합처리에서는 TDZ $1.0\;mg/{\ell}$와 IAA $0.5\;mg/{\ell}$를 조합처리된 배지에서 캘러스 형성율도 좋은 결과를 보였으며 신초 형성이나 뿌리 유도에서도 양호한 결과를 나타내었다. 식물이 필요로 하는 탄소원 외에 배지 내의 삼투압에 중요한 역할을 하는 sucrose의 농도에 따른 재분화율은 캘러스 형성율에서는 큰 차이를 보이지 않았지만 shoot 형성이나 배발생캘러스 형성에서 3%의 sucrose의 농도에서 좋은 효율을 나타내었다. 재분화 조건에 가장 적합한 배지를 알아보기 위한 실험에서는 모든 배지에서 높은 캘러스형성율은 보였지만 완전한 식물체로의 분화는 MS 배지에서 조사되었다. Polyamine을 처리한 결과 spermine, spermidine의 경우에서는 고농도($10\;mg/{\ell}$)로 사용할 경우에 양호한 재분화율을 나타낸 반면 putrescine의 경우에는 $5\;mg/{\ell}$로 첨가한 경우 가장 양호한 신초 형성수를 나타내었다. 호르몬의 첨가 없이 기본배지의 macro elements를 조절하였을 경우와 호르몬을 첨가 했을때의 재분화 효과를 비교하기 위한 실험에서는 캘러스 형성및 shoot 형성에서는 큰 차이가 없었으나 기본배지의 macro elements를 조절한 배지에서 배발생캘러스 형성율이 높게 관찰되었다.
수분후 담배의 배에 중이온 beam ($^{14}$ N)을 조사하여 얻은 종자로부터 albino식물체를 분리하여 기내 생장과 분화의 특성을 검토하였다. 기내에서 생장시킨 albino식물체는 엽록소함량이 급격한 감소를 나타내었고 기공수는 잎의 이면 및 표면 표피에서 녹색 식물체 보다 많았다 연속광 조건하의 탄소원을 첨가한 MS배지에서 albino개체는 절간이 신장하지 않았으나 10.0mg/L 의 GA$_3$처리로 절간신장이 회복되었다. 잎절편 배양시 albino식물체는 1.0 mg/L 의 BAP와 kinetin의 단용처리로 다수의 신초를 형성하였고, 1.0mg/L의 2,4-D와 NAA의 단용처리로 다량의 캘러스를 형성하였다. 잎절편에서 유도된 albino 캘러스에 1.0mg/L BAP+0.1mg/L NAA를 혼용처리하면 다수의 식물체가 재분화 되었다. 이와같이 albino 식물체는 다경줄기 형성, 캘러스 형성, 캘러스로부터 재분화율 등이 녹색 식물체와 차이가 없었다. 또한 NAA와 BAP를 혼용처리 하였을 때 잎절편으로부터 기관분화의 유형도 정상주와 비슷하였다. 이러한 결과는 본 albino담배 변이체가 색소체 함량의 급감과 같은 광합성과 관련된 기능에서는 결손을 보이고 있음에도 불구하고 조직수준의 기관분화계에는 이상이 없다는 것을 시사한다.
아마릴리스 (Hippeastrum hybridum Hort. 'Dazzler')의 효율적인 기내 급속 대량 증식체계를 확립시키고자 개화15일전 화뢰와 부착된 소화경을 재료로 하여 적합한 치상체의 선별과 캘러스 및 식물체 분화에 미치는 식물생장 조절물질의 효과를 조사하였다. 어린 화뢰내 약, 화사, 주두, 화주 및 자방은 배양 중 식물체 재분화를 위한 캘러스 및 소자구를 형성하지 못하여 배양재료로 부적합하였으나 소화경절편에서는 캘러스 및 자구가 형성되어 치상재료로 적합하였다. 배지내 첨가된 식물생장조절물질에 따라 치상체에서 직접 자구를 형성하거나 캘러스를 통해 식물체로 분화되는 2가지 경로로 형성되었는데 개화 15일전 소화경 절편을 0.5 mg/L LAA와 1.0 mg/L BA가 혼용처리된 MS 배지에 배양하여 $100\%$ 소자구형성 및 신초가 분화되어 효과적이었으며 소화경에서 직접 형성된 자구 또는 캘러스를 통해 분화된 신초는 성공적으로 식물체로 재분화 되었다.
본 연구는 기내에서 발아된 까마중 유식물체의 조직별로 신초 및 뿌리 유도를 통해 효율적인 재분화 조건을 확립하고자 실시하였다. 신초 형성은 식물체 부위별로 서로 달랐으며, 잎에서의 신초 형성빈도가 자엽이나 하백축 그리고 상배축보다 높았다. 절편체당 신초의 수는 잎과 자엽에서 다소 많았으며, 신초의 길이도 다른 부위에 비해 잎과 자엽에서 빠른 증식과 신장을 나타내었다. 특히, 2.0 mg $L^{-1}$ BAP가 첨가된 배지에서 재분화율, 신초의 수와 길이가 증가하여 2.0 mg $L^{-1}$ BAP가 고빈도 신초의 유도 및 생장에 효율적인 것으로 판단되었다. 뿌리분화는 IBA와 IAA가 NAA보다 더 효과적인 것으로 나타났으며, 0.05 mg $L^{-1}$ IAA가 첨가된 배지에서 뿌리 형성율이 90%이며, 뿌리의 갯수와 길이도 각각 평균 4.0개와 7.82 cm로 가장 양호하게 나타났다. 더욱이 배양토에 이식한 재분화체는 100%의 생존율을 보였으며 정상적인 식물체로 생장하였다. 이러한 결과를 토대로 2.0 mg $L^{-1}$ BAP 조건에서의 잎 절편에서 다발성 신초 유도, 그리고 0.05 mg $L^{-1}$ IAA 조건에서의 뿌리형성 유도가 까마중의 대량번식을 위한 최적의 조건임을 알 수 있었다.
저인산 조건하에서 인산 흡수 효율이 높은 벼 품종을 개발하고자 담배의 인산수송자 유전자를 벼에 형질전환하였다. 동진벼로부터 유도된 callus를 담배의 인산수송자 유전자가 도입된 A. tumefaciens LBA 4404와 공동배 양한 후, 선발배지에서 증식된 callus를 250 mg/L carbenicillin, 2 mg/L kinetin, 0.1 mg/L NAA가 첨가된 MS배지에 옮겨 약 2주 후부터 소식물체를 얻었다. Carbenicillin 250 mg/L 첨가된 MS 기본배지에서 소식물체의 발근을 유도하여 재분화 식물체를 얻었다. 선발된 callus는 약 52%의 식물체 재력화율을 보였다. 선발된 재분화 식물체에 대한 PCR 분석을 수행하여 형질전환 벼 식물체에 담배의 인산수송자 유전자가 삽입되었음을 확인하였다. 형질전환체의 genonlic DNA로부터 PCR에 의해 증폭된 DNA에 대한 Southern blot분석 결과, 대조 식물체에서는 band가 검출되지 않았으나 형질전환 식물체에서는 인산수송자 유전자와 동일한 1.7kb의 band가 검출되어 외래유전자인 담배 인산수송자 유전자가 안전적으로 도입되었음이 확인되었다.
몇 가지 종류의 배지첨가물이 재분화가 어려운 것으로 알려져 있는 감자 애틀란틱품종의 잎 절편 배양시 shoot 형성에 미치는 영향을 조사하였다. 카세인 가수분해물은 2 g/L 농도가 재분화에 효과적이었으며 AgNO$_3$는 10-20 $\mu$M농도에서 재분화가 잘되었고 잎 절편도 갈변되지 않고 푸르게 유지되었는데 이것은 AgNO$_3$가 에틸렌 발생을 효과적으로 억제했기 때문으로 생각된다. Sucrose는 3%보다 낮은 농도에서 shoot 유기가 효과적이었고 CuSO$_4$는 애틀란틱품종 감자 잎 절편으로부터 식물체 재분화에 영향을 주지 못하였다.
켄터키 블루그래스의 최적 조직 배양조건을 확립하기 위하여 성숙종자로부터 배발생 캘러스 유도 및 식물체 재분화에 미치는 배지 첨가물질의 영향을 조사하였다. 배발생 캘러스 유도시 첨가되는 auxin으로는 3 mg/L 2,4-D 처리구에서 58.3%로 캘러스 유도율이 가장 높았으며, 3 mg/L 2,4-D와 0.1 mg/L의 BA를 첨가하여 배양했을 때 형성된 캘러스는 형태적으로도 우수하였고 조직적으로 치밀하며 유백색을 띤 배발생 캘러스가 가장 많이 형성되었으며 54%의 재분화율을 나타내었다. 성숙종자를 배양함에 있어 탄소원으로는 캘러스 유도배지 30 g/L sucrose, 재분화배지에 30 g/L maltose를 첨가해 주었을 때 효율이 증가되었다. 성숙종자를 배양함에 있어 첨가물질로 캘러스 유도배지와 재분화 배지에 1 g/L의 casein hydrolysate와 500 mg/L의 L-proline을 동시에 첨가해주었을 때 캘러스 유도율과 재분화율이 각각 60.8%와 58.3%로 증가되었다. 본 연구를 통하여 확립된 효율적인 배발생 캘러스의 유도 및 식물체 재분화 체계의 확립은 Agrobacterium을 이용한 켄터키 블루그래스의 형질전환에 효율적으로 이용될 수 있을 것으로 사료된다.
십자화과 향신료 작물인 서양고추냉이 (Armoracia rusticana (Lam.) Gaerth., May. et Scherbs)의 재분화에 미치는 제 요인을 조사하였다. 서양고추냉이의 callus로부터 식물체 재분화는 IAA 0.5 mg/L, BA 5.0 mg/L, spermine 10 mg/L이 첨가된 MS배지에서 가장 높았다. BA 2.0 mg/L과 NAA 2.0 mg/L가 첨가된 MS배지에 엽, 엽병, 뿌리의 조직을 치상한 결과 각각의 조직으로부터 체세포배가 발생하였으며, 기관발생 경로를 거쳐서 식물체가 재분화 되었으며, 빈도는 낮았지만 생장조절물질이 포함되지 않은 MS배지에서도 각 조직으로부터 식물체가 분화되었다. 수소이온 농도는 pH 4.0부터 8.0의 비교적 넓은 범위에서 multiple shoot가 형성되었으며, polyamine류의 첨가는 shoot와 뿌리의 형성을 촉진시켰다. Callus로부터 뿌리 또는 잎이 분화 중인 조직에서 특이적인 단백질이 생성되는 것이 확인되었다. 이상의 결과, 서양고추냉이는 생장점 배양, 체세포배발생, 기관발생과정을 각기 거쳐 식물체가 재생될 수 있는 식물체로 확인되었다. 서양고추냉이의 이러한 특성은 세포, 조직, 기관의 형태형성 연구 및 형질전환 연구에도 좋은 재료로 이용되리라 생각된다.
교잡 1세대의 화서조직에서 재분화된 F1 유식물체는 고려인삼 유식물체에 비하여 지상부와 지하부 생육이 모두 양호하였으며, 줄기 색도 고려인삼 재분화 식물체의 줄기에 비하여 자색을 강하게 띄었으며 잎의 색도 진한 녹색을 나타내었다. 천풍, 연풍, 선원 등의 고려인삼의 품종 내에서는 Internal Transcribed Spacer (ITS)영역의 DNA PCR 패턴간에 차이점이 나타나지 않았으나, 고려인삼과 미국인삼은 각기 다른 PCR 패턴을 보였으며, 고려인삼과 미국인삼간의 교잡 1세대는 고려인삼과 미국인삼에 나타나는 고유한 PCR패턴을 모두 나타내었다. 교잡 1세대에서 유기한 캘러스와 재분화식물체는 조직배양 모본인 교잡 1세대와 동일한 PCR 패턴을 보임에 따라 교잡 1세대의 조직배양체는 ribosomal DNA의 ITS영역에서 유전적인 안정성을 나타내는 것으로 확인되었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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